CN111971481A - 等速接头组件和包含该组件的动力工具 - Google Patents

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Abstract

一种等速接头组件(1)，其包括：输出轴(7)和构造成驱动输出轴(7)的联接结构(5)，其中输出轴(7)和联接结构(5)形成第一结合部，该第一结合部构造成使得输出轴(7)相对于联接结构(5)能够在恒定转速下成角度，其中，联接结构(5)设置有扭矩传感器(5f)，该扭矩传感器构造成检测由输出轴(7)提供作用在联接结构(5)上的扭矩。

Description

等速接头组件和包含该组件的动力工具
技术领域
本发明总体上涉及动力工具。
背景技术
在要求高功率密度的应用中，例如在工业装配中，通常需要先进的电机控制。为了能够精确地控制诸如螺母扳手之类的动力工具的电机，通常要测量扭矩并将其馈送到电机控制器。扭矩传感器可以用于测量扭矩。
AMT的“产品目录H1”(修订版04/2015，标题为“大功率螺母运行设备”)中公开了一种用于工业装配的动力工具(特别是螺母扳手)配备了扭矩传感器的示例。该文献尤其公开了一种为角螺母扳手的工具，该角螺母扳手的扭矩直接从角驱动器的输出轴上捕获。
上述文献中所公开的解决方案的一个缺点是，由于扭矩传感器安装在弯头中并且需要额外的长度，因此弯头的长度会延长。此外，在使用螺母扳手时，存在扭矩测量值可能会由于外部影响而受影响的风险。
发明内容
在使用中，螺母扳手的方形驱动器可能会受到弯曲力，特别是因为使用者可能在工具上施加力以将其保持在正确的位置。方形驱动器的这种弯曲导致在扭矩传感器上作用有弯曲力，该弯曲力会影响扭矩传感器提供的扭矩测量值。
鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种等速接头组件和包含该等速接头组件的动力工具，其解决或至少缓解了现有技术的问题。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种等速接头组件，该等速接头组件包括：输出轴；和构造成驱动该输出轴的联接结构，其中，该输出轴和该联接结构形成第一结合部，所述第一结合部构造成能够使输出轴相对于联接结构在恒定转速下成角度，其中联接结构设置有扭矩传感器，该扭矩传感器构造成检测由输出轴提供的作用在联接结构上的扭矩。
就作用在输出轴上的弯曲力将不会传输到联接结构和扭矩传感器上，或者至少将减小它们的意义而言，联接结构以及因此扭矩传感器与输出轴脱离联接。由于第一结合部而获得了这种效果，该第一结合部使得输出轴相对于联接结构能够在恒定的转速下成角度，尤其是可变角度。因此，可以提供更精确的扭矩测量值。
输出轴和联接结构在默认的非旋转状态下同轴地布置，并且输出轴相对于联接结构成角度是相对于共同的中央旋转轴线而言。
输出轴可以例如是方形驱动器。
根据一个实施方案，等速接头组件用于动力工具。等速接头组件可以例如被设计用于手持式动力工具的弯头。
根据一个实施方案，扭矩传感器包括应变仪元件。
根据一个实施方案，扭矩传感器设置在联接结构的外周表面上。这简化了应变仪元件在联接结构上的安装。
联接结构可以具有设置有中央通道的中空圆柱体。作为将应变仪元件设置在联接结构的外周表面上的替代，可以将应变仪元件设置在中央通道的内表面上。
一个实施方案包括一种动力和信号传输装置，该动力和信号传输装置具有固定部分和构造成与固定部分相互作用的可旋转部分，其中，联接结构具有中央通道，并且可旋转部分在中央通道中固定地附接到联接结构并连接至扭矩传感器，其中，固定部分设置在与联接结构分离的中央通道中，从而可旋转部分能够相对于固定部分旋转。因此，可旋转的扭矩传感器可以被供电并且来自扭矩传感器的扭矩测量值信号可以被传输以用于进一步的处理。
根据一个实施方案，动力和信号传输装置是滑环。
一个实施方案包括冠轮，其中，联接结构和冠轮形成一体的部件。
一个实施方案包括冠轮，其中，联接结构构造成在冠轮和输出轴之间提供驱动连接。
根据一个实施方案，冠轮和联接结构形成第二结合部，该第二结合部构造成使得冠轮相对于联接结构在恒定转速下成角度，其中扭矩传感器构造成检测由输出轴和冠轮提供的作用在联接结构上的扭矩。
冠轮和联接结构在默认的不旋转状态下同轴地布置，并且冠轮相对于联接结构成角度是相对于共同的中央旋转轴线而言。
除了输出轴的弯曲外，冠轮也可能承受弯曲，只是因为其与驱动冠轮的小齿轮配合使用。就作用在冠轮上的弯曲力将不会传输到联接结构和扭矩传感器，或者至少将减小它们的意义而言，联接结构以及因此扭矩传感器与冠轮脱离联接。由于第二结合部而获得了这种效果，该第二结合部能够使冠轮相对于联接结构在恒定的转速下成角度，尤其是可变角度。结果是，可以提供更精确的扭矩测量值。
另外，这种双结合部构造紧凑并且可以减小包括等速接头的动力工具的占用面积或轴向长度。
一个实施方案包括第一组轴承滚珠和第二组轴承滚珠，第一组轴承滚珠构造成使冠轮相对于联接结构成角度，第二组轴承滚珠构造成使输出轴相对于联接结构成角度。
根据一个实施方案，联接结构具有第一端和第二端，第一端设置有容纳第一组轴承滚珠中的每一个的第一组杯形凹槽，第二端设置有容纳第二组轴承滚珠中的每一个的第二组杯形凹槽。
根据一个实施方案，输出轴具有中央输出轴通道，该中央输出轴通道设有第三组杯形凹槽，该第三组杯形凹槽容纳第二组轴承滚珠中的每一个，其中，冠轮具有中央冠轮通道，该中央冠轮通道设有第四组杯形凹槽，该第四组杯形凹槽容纳第一组轴承滚珠中的每一个。
根据一个实施方案，联接结构具有第一端和与第一端相对的第二端，其中冠轮构造成容纳所述第一端，而输出轴构造成容纳所述第二端。
根据一个实施方案，第一结合部是Rzeppa结合部。Rzeppa结合部结构紧凑，如果在动力工具中设置等速接头，则轴承滚珠的尺寸可以与那些用于使输出轴和冠轮相对于动力工具壳体旋转的轴承滚珠相同，由于组装所需的不同部件的类型更少，因此促进了动力工具的组装过程。
根据本发明的第二方面，提供了一种动力工具，其包括根据第一方面的等速接头组件。
动力工具例如可以是螺母扳手，例如角螺母扳手或直螺母扳手。
一个实施方案包括行星齿轮系统和构造成与行星齿轮系统机械地相互作用以提供辅助扭矩测量值的辅助扭矩传感器。动力工具可被构造为将来自扭矩传感器的扭矩测量值结果与辅助扭矩测量值结果进行比较，以确定两个测量扭矩在预定的允许范围内是否相等或偏离，或者它们是否偏离更大。后一种情况表明动力工具可能需要维修。
通常，除非本文另外明确定义，否则将根据其在技术领域中的普通含义来解释权利要求中使用的所有术语。除非另有明确说明，否则对“一/一个/元件、装置、组件、设备等”的所有引用应公开解释为是指该元件、装置、组件、设备等的至少一个实体。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明构思的特定实施方案，其中：
图1示意性地示出了拆卸后的等速接头组件的示例的立体图；
图2示意性地示出了动力工具的示例的侧视图；
图3示意性地示出了图2中的动力工具的弯头的纵向截面；以及
图4示意性地示出了动力工具的另一示例的一部分的纵向截面。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明构思，在附图中示出了示例性实施方案。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于这里阐述的实施方案；相反，这些实施方案以示例的方式提供，使得本发明将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字表示相同的元件。
图1示出了等速接头组件1的示例。等速接头组件1构造成用于动力工具中。示例性的等速接头组件1包括冠轮3，联接结构5和输出轴7。
在图1所示的示例中，冠轮3和联接结构5是分开的部件。根据一种替代设计，冠轮和联接结构可以形成单个一体的部件。为此，冠轮可包括联接结构。
根据图1中的示例，冠轮3构造成驱动联接结构5。联接结构5构造成驱动输出轴7。这里，冠轮3的旋转导致输出轴7的旋转。
联接结构5和输出轴7限定了第一结合部，该第一结合部使得输出轴7能够在恒定转速下相对于联接结构5成角度。联接结构5和冠轮3限定了第二结合部，该第二结合部使得冠轮3相对于联接结构5能够在以恒定转速下成角度。
联接结构5具有中空的圆柱体或轴5a，在圆柱体或轴5a中设有中央通道2。联接结构5具有第一端5b和第二端5c。第一端5b设置有第一组杯形凹槽5d。第一组杯形凹槽5d包括在联接结构5的圆周方向上沿着第一端5b分布的多个杯形凹槽5d。第二端5c设有第二组杯形凹槽5e。第二组杯形凹槽5e包括在联接结构5的圆周方向上沿着第二端5c分布的多个杯形凹槽5e。
输出轴7可以是方形驱动器，其具有工具端7a和从相对于工具端7a的相对端开通的中央输出轴通道7b。输出轴7构造成在中央输出轴通道7b中同轴地容纳联接结构5的第二端5c。中央输出轴通道7b的内表面设置有在输出轴7的圆周方向上分布的第三组杯形凹槽7c。第三组杯形凹槽7c包括多个杯形凹槽7c。
冠轮3具有齿轮端3c，该齿轮端3c设置有齿，并且中央冠轮通道3a从相对于齿轮端3的相对端开口。冠轮3被构造成在中央冠轮通道3a中同轴地容纳联接结构5的第一端5b。中央冠轮通道3a的内表面设置有在冠轮3的圆周方向上分布的第四组杯形凹槽3b。第四组杯形凹槽3b包括多个杯形凹槽3b。通过设计联接结构5的轴向尺寸使得冠轮3和输出轴7容纳联接结构5的大部分长度，例如联接结构5的长度的至少80％，例如至少85％，比如至少90％或至少95％，由联接结构5引起的对等速接头组件1的纵向冲击可以保持最小。因此，等速接头组件1的轴向长度可以最小化。
等速接头组件1包括第一组轴承滚珠4(如图3所示)和第二组轴承滚珠6(如图3所示)。第一组轴承滚珠的轴承滚珠4被第一组杯形凹槽的相应杯形凹槽5d和第四组杯形凹槽的杯形凹槽3b容纳。这种构造旋转地锁定冠轮3和联接结构5，并允许冠轮3相对于联接结构5成角度，同时冠轮3驱动联接结构而不会在联接结构5上提供弯曲力。
第二组轴承滚珠的轴承滚珠6分别被第二组杯形凹槽的杯形凹槽5e和第三组杯形凹槽的杯形凹槽7c容纳。该构造旋转地锁定联接结构5和输出轴7，并且允许输出轴7相对于联接结构5成角度，同时联接结构5驱动输出轴7而不会在联接结构5上提供弯曲力。
联接结构5还包括扭矩传感器5f。根据本示例，扭矩传感器包括应变仪元件5f。应变仪元件5f设置在联接结构5(特别是圆柱体5a)的外周表面上。扭矩传感器5f构造为测量由于输出轴7和冠轮3施加在联接结构5上的应力而导致联接结构5承受的扭矩。
图2示出了包括等速接头组件1的动力工具9的示例。动力工具3具有弯头9a，并且等速接头组件1设置在弯头9a中。
动力工具9是手持式动力工具。在本示例中，动力工具9是螺母扳手，但可以设想，其他动力工具也可以设置有等速接头组件1。
图3示出了弯头9a的纵向截面。动力工具9包括电动机(未示出)，行星齿轮系统和小齿轮11，小齿轮11构造成由电动机经由行星齿轮系统驱动。小齿轮11构造成与冠轮3的齿轮端3c接合从而驱动冠轮3。冠轮3与联接结构5旋转地锁定，并且联接结构5与输出轴7旋转地锁定。因此，小齿轮11的旋转引起输出轴7经由冠轮3和联接结构5的旋转。等速接头组件1因此能够在动力工具壳体9b内自由旋转。为此，动力工具9可以包括第三组轴承滚珠13和第四组轴承滚珠15，第三组轴承滚珠13和第四组轴承滚珠15构造成使得冠轮3和输出轴7相对于动力工具壳体9b旋转。
等速接头组件1还包括动力和信号传输装置17。动力和信号传输装置17构造成向扭矩传感器5f供电并中继来自扭矩传感器5f的扭矩测量值信号。示例性的动力和信号传输装置17包括固定部分17a和可旋转部分17b。固定部分17a相对于冠轮3、联接结构5和输出轴7固定地布置。固定部分17a布置在联接结构5的中央通道2中。可旋转部分17b构造成相对于固定部分17a可旋转。可旋转部分17b在中央通道2内部固定地安装至联接结构5。因此，可旋转部分17b构造成与联接结构5同时旋转。固定部分17a由可旋转部分17b容纳，从而使得固定部分17a和可旋转部分17b之间能够相互作用，从而提供动力并且传输来自扭矩传感器5f的扭矩测量值信号。
在图3的示例中，动力和信号传输装置17是滑环。因此，可旋转部分17b和固定部分17a中的一个包括与可旋转部分17b和固定部分17a中的另一个滑动机械连接的接触构件，例如电刷。可旋转部分17b通过电源线和信号线连接至扭矩传感器5f。可替代地，动力和信号传输装置可以构造为例如通过无线遥测或旋转变压器而在固定部分与可旋转部分之间提供非接触的动力传输和信号传输。
等速接头组件1可以包括放大电路19。放大电路19可以固定地安装到联接结构5。放大电路19可以连接到扭矩传感器5f和可旋转部分17b。放大电路19构造为放大由扭矩传感器5f产生的扭矩测量值信号。以这种方式，扭矩测量值信号在被固定部分17a接收之前被放大。考虑到总扭矩测量值信号强度，任何电压纹波对扭矩测量值信号的影响将因此被减小，上述电压纹波可能使扭矩测量值信号的处理更加困难。
动力工具9包括电线21和电子设备，例如电机控制器和动力单元(未示出)。电线21连接到动力和信号传输装置17，特别是连接到固定部分17a和电子设备，从而为扭矩传感器供电并传输扭矩测量值信号以进行处理和电机控制。
图4示出了动力工具9'的另一示例，其包括如上所述的等速接头组件1。动力工具9'包括构造成与电动机的转子配合的行星齿轮系统23，并且除了扭矩传感器5f之外，还包括辅助扭矩传感器25。辅助扭矩传感器25是圆柱形的并且在轴向方向上具有自由端和与自由端相对的固定端。辅助扭矩传感器25可以例如包括应变仪元件25a。动力工具9'还包括包围行星齿轮系统23的圆柱形扭矩传输元件27。扭矩传输元件27连接辅助扭矩传感器25的自由端和行星齿轮系统23。扭矩传输元件27构造为与辅助扭矩传感器25旋转地接合并与行星齿轮系统23配合，从而将扭矩传输到辅助扭矩传感器25，由于辅助扭矩传感器25的固定端，因此所述辅助扭矩传感器25布置成相对于动力工具壳体9a基本上不能旋转。因此，辅助扭矩传感器25提供辅助扭矩测量值。
随着动力工具9’的老化(例如，由于小齿轮11与冠轮3之间的联接的磨损)，辅助扭矩的测量值与联接结构5的扭矩传感器5f提供的扭矩测量值将不同。通过比较来自辅助扭矩传感器25的辅助扭矩测量值信号和来自扭矩传感器5f的扭矩测量值信号，可以提供关于需要维修动力工具9’的指示。对此，动力工具9’的电子设备可以构造为比较和分析辅助扭矩测量值信号和扭矩测量值信号，并在两个扭矩测量值信号之间存在的差异超过阈值或预定范围的情况下生成维修指示数据以提供维修需求的指示。
上面参考一些示例来主要地描述了本发明的构思。然而，如本领域技术人员容易理解的那样，在由所附权利要求限定的本发明构思的范围内，除了以上公开的实施方案以外的其他实施方案同样是可能的。

Claims (15)

1.一种等速接头组件(1)，包括：
输出轴(7)，和
联接结构(5)，其构造为驱动所述输出轴(7)，
其中，输出轴(7)和所述联接结构(5)形成第一结合部，所述第一结合部构造成使得输出轴(7)能够在恒定转速下相对于联接结构(5)成角度，
其中，联接结构(5)设置有扭矩传感器(5f)，所述扭矩传感器构造成检测由输出轴(7)提供的作用在联接结构(5)上的扭矩。
2.根据权利要求1所述的等速接头组件(1)，其中，所述扭矩传感器(5f)包括应变仪元件。
3.根据权利要求1或2所述的等速接头组件(1)，其中，所述扭矩传感器(5f)设置在所述联接结构(5)的外周面上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的等速接头组件(1)，包括动力和信号传输装置(17)，所述动力和信号传输装置(17)具有固定部分(17a)和构造成与所述固定部分(17a)相互作用的可旋转部分(17b)，其中，所述联接结构(5)具有中央通道(2)，所述可旋转部分(17b)在中央通道(2)中固定地附接到所述联接结构(5)，并连接到扭矩传感器(5f)，并且其中，所述固定部分(17a)设置在中央通道(2)中并与所述联接结构(5)分离，由此所述可旋转部分(17b)能够相对于所述固定部分(17a)旋转。
5.根据权利要求4所述的等速接头组件(1)，其中，所述动力和信号传输装置(17)是滑环。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的等速接头组件(1)，其包括冠轮(3)，其中，所述联接结构(5)和所述冠轮(3)形成一体的部件。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的等速接头组件(1)，其包括冠轮(3)，其中，所述联接结构(5)构造成在冠轮(3)与输出轴(7)之间提供驱动连接。
8.根据权利要求7所述的等速接头组件(1)，其中，所述冠轮(3)和所述联接结构(5)形成第二结合部，所述第二结合部构造成使得所述冠轮(3)能够相对于所述联接结构(5)成角度，其中，所述扭矩传感器(5f)构造为检测由输出轴(7)和冠轮(3)提供的作用在联接结构(5)上的扭矩。
9.根据权利要求8所述的等速接头组件(1)，其包括第一组轴承滚珠(4)和第二组轴承滚珠(6)，所述第一组轴承滚珠(4)构造为使所述冠轮(3)相对于所述联接结构(5)在恒定转速下成角度，所述第二组轴承滚珠(6)构造成使所述输出轴(7)相对于所述联接结构(5)成角度。
10.根据权利要求9所述的等速接头组件(1)，其中，所述联接结构(5)具有第一端(5b)和第二端(5c)，所述第一端(5b)设有容纳所述第一组轴承滚珠(4)中的每一个的第一组杯形凹槽(5d)，所述第二端(5c)设有容纳所述第二组轴承滚珠(6)中的每一个的第二组杯形凹槽(5e)。
11.根据权利要求10所述的等速接头组件(1)，其中，所述输出轴(7)具有中央输出轴通道(7)，所述中央输出轴通道(7)设有第三组杯形凹槽(7c)，所述第三组杯形凹槽容纳所述第二组轴承滚珠(6)中的每一个，并且其中，所述冠轮(3)具有中央冠轮通道(3a)，所述中央冠轮通道设有第四组杯形凹槽(3b)，所述第四组杯形凹槽容纳所述第一组轴承滚珠(4)中的每一个。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的等速接头组件(1)，其中，所述联接结构(5)具有第一端(5b)和与所述第一端(5b)相对的第二端(5c)，其中，所述冠轮(3)构造成容纳第一端(5b)，而所述输出轴(7)构造成容纳第二端(5c)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的等速接头组件(1)，其中，所述第一结合部是Rzeppa接头。
14.一种动力工具(9；9’)，其包括根据权利要求1至13中任一项所述的等速接头组件(1)。
15.根据权利要求14所述的动力工具(9’)，包括行星齿轮系统(23)和辅助扭矩传感器(25)，所述辅助扭矩传感器(25)构造为与所述行星齿轮系统(23)机械地相互作用以提供辅助扭矩测量值。
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